【正文】 ：1 密封在往復式內燃機中，活塞環(huán)是一種運動件，亦是一種密封件。零件圖如附件所示。通過課程設計培養(yǎng)學生制定零件機械加工工藝規(guī)程和分析工藝問題的能力。在設計過程中，學生應熟悉有關標準和設計資料，學會使用有關手冊和數據庫。設計應完成的內容：1）制定指定零件（或零件組）的機械加工工藝規(guī)程，編制機械加工工藝卡片，選擇所用機床、夾具、刀具、量具、輔具； （一套）2）對所制定的工藝進行必要的分析論證和計算；3）確定毛坯制造方法及主要表面的總余量；4）確定主要工序的工序尺寸、公差和技術要求；5）對主要工序進行工序設計，編制機械加工工序卡片，畫出的工序簡圖，選擇切削用量； （一份）6）設計加工該零件的毛坯圖或者零件與毛坯合圖； （一張）7）編寫設計說明書?；钊h(huán)在高速往復運動狀態(tài)下，在高溫、高壓燃氣的作用下，完成對燃燒室和曲軸箱之間的密封作用，即阻止氣缸中燃燒產生的高溫高壓氣體竄到曲軸箱中，這是活塞環(huán)的主導功能。另外，活塞環(huán)與氣缸內表面的幾何形狀貼合良好與否、環(huán)的截面形狀以及環(huán)的數量等都對密封有很大影響。為了使活塞環(huán)正?；瑒樱仨毑粩嗟毓┙o滑油，同時又要求活塞環(huán)能刮落氣缸壁上的過多滑油，也就是既要保證活塞環(huán)潤滑所需要的油膜厚度，又要保持較低的滑油耗量，以防止過多的滑油上竄到燃燒室，不僅滑油耗量增大，又會因燃燒產生的積碳影響傳熱性能?；钊h(huán)的散熱作用實際上與環(huán)的幾何尺寸，截面形狀，材料的導熱性、熱膨脹系數，環(huán)與環(huán)槽間的間隙以及有關表面精度等都有很大關系，應慎重選取。一旦減弱和破壞活塞環(huán)的支承作用，必將導致活塞組件失去運動平衡，從而產生噪聲、偏磨、擦傷等故障，甚至出現融著、折損和拉缸等嚴重故障。氣環(huán)以結構形狀分，有矩形環(huán)、桶面環(huán)、錐面環(huán)、梯形環(huán)和扭曲環(huán)。（2） 桶面環(huán)桶面環(huán)的表面形狀多呈凸圓弧形。環(huán)與氣缸線接觸，即使表面發(fā)生變形時仍能保持良好的接觸。安裝時注意斜面角不能倒裝，否則會引起很大的竄油現象。為了提高氣環(huán)的抗結膠能力，梯形環(huán)結構應運而生了。20186。梯度可以是一邊或兩邊都有，環(huán)槽也有相應的梯度。（5） 扭曲環(huán)扭曲環(huán)的扭轉角度一般為徑向厚度上的扭曲量為環(huán)徑向厚度的 ～% ，而扭曲的斜角為 15ˊ～30ˊ。2 油環(huán)油環(huán)具有回油孔或等效結構，能從缸壁上刮下機油的活塞環(huán)。（2） 鼻形環(huán)切臺呈鼻形外切扭曲環(huán)。由于環(huán)岸狹窄，可得到高的比壓是最常見的一種油環(huán)。襯簧可以使環(huán)的壓力增高，環(huán)壓均勻和彈性穩(wěn)定，從而使油膜均勻、磨損下降，機油消耗下降。這種環(huán)有二種結構型式：組合式刮片和脹圈以及分離式刮片和脹圈。通路開口的比率：鑄鐵油環(huán)為 10～15%，組合油環(huán)為 30～50%，不但降低機油消耗，而且有效防止結膠積渣；d 質量小。2 高壓 柴油機能產生 80～150㎏/㎝ 2的壓力，汽油機能產生 30～40㎏/㎝ 2的壓力，活塞環(huán)必須在這樣的高壓條件下保持密封工作。 活塞環(huán)各部份名稱及代號 圖 1 活塞環(huán)各部分名稱 式中：d1—公稱直徑表示標準缸徑的活塞環(huán)工作直徑；h1—環(huán)高，表示上、下端面的軸向距離自由開口尺寸；S1—閉口間隙，表示在工作狀態(tài)下開口間的距離。近來，隨發(fā)動機的高速化，環(huán)的徑向厚度趨向于加大，對改善活塞傳熱，提高環(huán)的彈力、剛度是有利的，但若徑向厚度過大，工作和安裝時應力大，易折斷，同時對氣缸橫向變形的適應性較差?；钊h(huán)的高度不宜過高，因為：1 能較好地適應氣缸的不均勻磨損和變形，可以避免棱緣集中負荷，從而提高環(huán)的抗粘著能力；2 使活塞組往復質量和結構尺寸減少，活塞環(huán)槽磨損減少；3 使環(huán)背和環(huán)槽間的空間變小，環(huán)背壓力容易建立起來，提高了二次密封效能；4 發(fā)動機摩擦功率損失小，氣缸套的磨損將顯著下降；1—汽車拖拉機發(fā)動機2—強化發(fā)動機圖 33 活塞環(huán) d 1/a1 的推薦值圖 32 活塞環(huán) d1/a1 變化曲線d1/a1d1/a1d1d1 mm）5 磨合快。這些都是要在設計時加以權衡的。它的大小既要滿足活塞環(huán)彈力的要求，又要滿足工作應力和安裝應力的要求，m 值過大，工作應力較大，會造成較大的彈性消失，m 值過小，會產生較大的安裝應力造成斷環(huán)，或過度變形失去圓度。2 中間環(huán)的情況在二沖程和四沖程柴油機中是不同的。在高速發(fā)動機上主要還是防竄油的作用，端面要求貼合承壓，為此，多要求扭曲環(huán)，對高增壓高平均有效壓圖 環(huán)高與開口間隙關系圖 34 環(huán)高與抗粘著能力關系力的發(fā)動機上，第二環(huán)有采用高強度材料的趨向。活塞環(huán)數目實際上是按照發(fā)動機的型式，缸徑大小和轉速高低等不同情況來確定。環(huán)裝入氣缸前的形狀稱為自由狀態(tài)，環(huán)的自由狀態(tài)決定環(huán)裝入氣缸后的徑向壓力分布。2 高點環(huán)高點環(huán)開口處的徑向壓力 P 高于平均徑向壓力 P0，P：P 0 可達 3：1。 S1閉口間隙一般按 GB/T1149 選取，或按產品圖紙要求而定，但最小間隙必須大于下式計算值 。表 37活塞環(huán)材料 平均彈性模量 N/mm2 切口彈力修正系數調質鑄鐵球墨鑄鐵鋼1127761569061962002切向彈力 FtE活塞環(huán)設計時，首先確定切向彈力，然后再決定環(huán)的自由開口尺寸。 一般選擇原則：合金鑄鐵為～2㎏f/㎝ 2，球墨鑄鐵為 ～㎏f/㎝ 2。 合金鑄鐵σ 2≤50㎏f/ mm 2，球墨鑄鐵 σ 2≤80㎏f/ mm 2 課程設計中活塞環(huán)的主要參數選擇第三章 活塞環(huán)的制造工藝 活塞環(huán)的性能對整臺發(fā)動機系統(tǒng)的良好工作運轉是十分重要的，活塞環(huán)組件必須有較長的使用壽命。每個工作地固定完成一道或幾道工序，而每一道工序都在固定的工作地加工。3 在整個加工過程中，產品按平行移動方式在各工序的工作地之間移動，生產具有明顯的節(jié)奏性；4 工藝過程是封閉的，產品的所有工序在流水線內全部完成，如活塞環(huán)切削流水線在兩端面加工完成后，內圓、外圓、開口間隙等加工全部在切削生產線上完成，加工過程象流水一樣從上一工序轉到下一工序，連續(xù)生產。既可用于制造等壓環(huán)，又可用于制造非等壓環(huán)；但主要用于制造非等壓環(huán)。熱定型法主要用于制造等壓環(huán)。 活塞環(huán)的加工工藝規(guī)程 為了進行科學管理，將工藝過程的各項內容寫成文件，用來指導生產和組織生產，工廠的各種工藝規(guī)程是將有關內容編寫成各種文件圖紙和表格等形式來表達的，這些文件統(tǒng)稱為工藝文件。在卡片上規(guī)定了制造該零件所經過的各個車間，經過的全部工藝過程。2 工序卡片：這種卡片也稱操作卡片，用來具體指導工人進行生產，這是為零件生產過程中的每一道工序編寫的，是工藝過程卡上每一道工序的詳細規(guī)定。4 檢驗卡片：它是檢查人員使用的主要文件，其中對檢驗對象、檢驗項目、檢查方法及使用檢具均有具體規(guī)定。正圓的優(yōu)點是型板制造簡單、加工設備簡單。 加工余量的確定確定內外斷面上的總余量為 mm 確定上下兩個平面上的總余量為 mm 定位基準的選擇 （1）定位基準的選擇活塞環(huán)的兩端面是一切加工尤其是外圓和內圓加工的基準面。在后續(xù)工序中，除了使用兩端面為定位基礎外，根據各工序的特點，再選擇內圓或外圓定位，實現各工序的定位。（2）外圓仿形加工基準的選擇外圓仿形加工可選擇外圓定位與內圓定位兩種方法。但由于定位元件與夾緊裝置分離，因此，三爪的位置是可調的，以保證環(huán)的幾何中心與心軸的軸線重合。內圓定位具有裝夾簡單，操作方便的特點。定位凸塊的定位精度比定位凹槽要高。一般活塞環(huán)的兩端面要經過粗磨、半精磨、精磨三道工序，其特征是兩端面同時進行一般壓縮環(huán) 梯形環(huán)一般鑄鐵油環(huán) 鑄鐵組合油環(huán)磨削。平行度：；不允許擦傷、欠磨等缺陷。（3）工藝對砂輪要求：磨削加工中加工余量逐步減少，加工精度逐步提高。b）細磨：用一片環(huán)高公差 穿磨一次加工余量 0輕柴油冷卻。第四次 H——磨后活塞環(huán)兩平面不允許有擦傷，撓曲小于 為了提高光潔度允許用油石打磨砂輪平面。正火工藝是在氣體介質（氮氣等）中加熱到 850～950℃，保溫 2～4 小時，然后在空氣中冷卻。粗磨機床兩個主磨頭是相對逆向旋轉的，磨削特點是（如圖 417）環(huán)坯通過砂輪間、砂輪外圓處線速度為 米/秒，中心區(qū)只有 米/秒，相差 15 倍。 2 精磨加工精磨也在雙端面磨床上進行，但機床精度更高。精磨采用兩平面直鋼板導向連續(xù)磨削，兩砂輪轉速 n=465 轉/分，通常穿磨 34 次，最后一次只留有 的加工余量，以保證環(huán)高公差的穩(wěn)定和高的平行度和表面粗糙度。同時，仿形的加工表面是以后各加工工序的定位基準，決定以后各工序加工余量的均勻性。未裝入氣缸時的活塞環(huán)形狀叫做自由形狀，它決定了活塞環(huán)在裝入氣缸后的接觸壓力分布?；钊h(huán)的接觸壓力分布大致可分為三類：（1）等壓分布，它是在活塞環(huán)整個圓周上分布著相同的接觸壓力；（2）梨形分布，即在活塞環(huán)開口處接觸壓力高于環(huán)周平均接觸壓力； （3）蘋果形分布，即在活塞環(huán)開口處接觸壓力低于環(huán)周平均接觸壓力。這種方法可制造出開口間隙適當、等壓分布的活塞環(huán)。見圖 422。這種加工方法得到的環(huán)，其徑向壓力分布的均勻性比熱定形環(huán)為好，且熱變形小。用這種方法加工的活塞環(huán)，至少在理論上能符合所需要的徑向壓力分布。為了改進這種只進行外圓靠模車削的缺點，可采用內外圓同時靠模車削的方法，減小殘余應力的影響，進一步接近理論要求。這種方法只適合批量不大、工裝不齊的生產。 銑切開口加工 活塞環(huán)開口銑削加工的特點及工藝要求活塞環(huán)銑切開口是在仿形加工后，不卸下工件，將心軸裝上雙頭銑切開開口，然后再卸下工件。n＝S 齒 活塞環(huán)銑切開口，只進行一次進給，即銑切深度等于活塞環(huán)成品徑向厚度加上加工余量，一般在 46mm 之間。2 工藝要求（見圖 424）a、 切去部分必須對稱于橢圓短軸，左右偏移不超過 1mm。 內圓加工的工藝要求活塞環(huán)的內圓加工不論是車削還是鏜削，都必須滿足產品在本工序上的工藝要求。（2）尺寸精度